Способ фотолитографии

Авторы патента:

H01L21/027 - образование маски на полупроводниковой подложке для дальнейшей фотолитографической обработки, не отнесенное к рубрикам H01L 21/18 или H01L 21/34[5]

Владельцы патента RU 2586400:

Федеральное государственное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского государственного института электронной техники" (RU)

Изобретение относится к электронной технике, в частности к процессам формирования топологических элементов микроэлектронных устройств с использованием электрохимического осаждения и взрывной литографии. Способ фотолитографии включает формирование первого слоя позитивного фоторезиста путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя фоторезиста с последующей его сушкой, экспонирование первого слоя без шаблона, формирование второго слоя позитивного фоторезиста путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя фоторезиста с последующей его сушкой, термообработку при температуре 120-150°С, экспонирование через шаблон и проявление рисунка, причем время экспозиции первого слоя меньше времени экспозиции второго слоя. Технический результат, получаемый при реализации заявляемого изобретения, выражается в реализации расширения арсенала технических средств формирования технологически качественной маски отрицательным углом наклона стенок профиля из позитивного фоторезиста с толщиной 7-15 мкм, что сопровождается уменьшением образования дефектов, достигаются оптимальные параметры края отрицательного профиля, что необходимо для качественного проведения обратной фотолитографии и увеличивает процент выхода годных структур после фотолитографии. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известен способ формирования структур фотолитографией по патенту России на изобретение №2071142 (МПК H01L 21/30, опубл. 27.12.1996 г.) Сущность изобретения: наносят на подложку слой позитивного фоторезиста, облучают его пучком электронов, экспонируют рисунок ультрафиолетовым излучением, проявляют, напыляют дополнительный слой материала и удаляют резист. Облучение пучком электронов проводят после экспонирования рисунка ультрафиолетовым излучением, причем энергия электронов в пучке составляет 3-6 кэВ, а доза облучения достаточна для полной потери чувствительности фоторезиста к ультрафиолетовому излучению на необлученных при экспонировании рисунка участках, после проявления проводят дополнительное экспонирование фоторезиста ультрафиолетовым излучением и удаление резиста в проявителе. Для формирования нависающего профиля края, облегчающего проведение обратной литографии методом взрыва, рельефные структуры в резисте могут быть подвергнуты дополнительному проявлению перед нанесением дополнительного слоя материала.

Известен способ фотолитографии по патенту на изобретение Венгрии HU 139170 (H05K 3/06, опубл. 25.07.1988 г.), включающий нанесение на подложку слоя позитивного фоторезиста, сушку, экспонирование без шаблона, термообработку при температуре выше температуры разложения светочувствительного компонента, но ниже температуры разложения продуктов фотохимических реакций, нанесение второго слоя фоторезиста, сушку, экспонирование через шаблон и проявление рисунка в двухслойной пленке.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ фотолитографии по патенту на изобретение России №2096935 (МПК H05K 3/06, H01L 21/30, опубл. 20.11.1997). Сущность изобретения: на подложку наносят первый слой позитивного фоторезиста, проводят его сушку и экспонирование без шаблона, затем наносят второй слой позитивного фоторезиста, проводят его сушку, экспонируют через шаблон и проявляют рисунок в двухслойной пленке, при этом величину экспозиции первого слоя фоторезиста t_Э1 выбирают равной (0,5-0,6)t_Э2, где t_Э2 - значение величины экспозиции второго слоя в диапазоне фотографической широты применяемого фоторезиста. Признаками, совпадающими с заявляемым изобретением, являются формирование первого слоя путем нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, экспонирование первого слоя без шаблона, формирование второго слоя путем нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, экспонирование через шаблон и проявление рисунка, причем время экспозиции первого слоя меньше времени экспозиции второго слоя.

Получению требуемого технического результата препятствуют ограниченные возможности использования указанного способа в отношении формирования фоторезистивных масок толщиной более 7 мкм без образования дефектов в виде пузырьков азота.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи расширения арсенала технических средств формирования технологически качественной маски из позитивного фоторезиста с толщиной 7-15 мкм, обладающей воспроизводимым отрицательным углом наклона стенок профиля.

Технический результат, получаемый при реализации заявляемого изобретения, выражается в реализации расширения арсенала технических средств формирования технологически качественной маски отрицательным углом наклона стенок профиля из позитивного фоторезиста с толщиной 7-15 мкм, что сопровождается уменьшением образования дефектов в виде пузырьков азота, достигаются оптимальные параметры края отрицательного профиля, что необходимо для качественного проведения обратной фотолитографии и увеличивает процент выхода годных структур после фотолитографии.

Для достижения вышеуказанного технического результата способ фотолитографии включает формирование первого слоя позитивного фоторезиста путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, экспонирование первого слоя без шаблона, формирование второго слоя позитивного фоторезиста путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, термообработку при температуре 120-150°С, экспонирование через шаблон и проявление рисунка, причем время экспозиции первого слоя меньше времени экспозиции второго слоя.

От прототипа указанный способ отличается тем, что нанесение слоев проводят циклами путем нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, операцию термообработки при температуре 120-150°С проводят после нанесения второго слоя фоторезиста перед его экспонированием.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что при выполнении заявленного способа нанесение фоторезиста проводят циклами путем нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, что обеспечивает нанесение слоя фоторезиста большей толщины. При экспонировании позитивных фоторезистов, большинство которых получено на основе нафтохинондиазида, образуется азот N₂. При нормальных условиях экспонирования молекулярный азот успевает диффундировать из пленки фоторезиста. Однако скорость образования молекул азота может превышать скорость их диффузии из пленки фоторезиста, и в пленке формируются пузырьки азота. Этот эффект часто наблюдается в фоторезистах большей толщины. Вышеуказанное проведение нанесения фоторезистов циклами с промежуточной просушкой и проведение операции термообработки при температуре 120-150°С после нанесения второго слоя фоторезиста перед его экспонированием приводят к тому, что пузырьки азота успевают диффундировать даже при большей толщине фоторезиста. Также при дополнительном нагреве происходит размытие границы раздела первого и второго слоев фоторезиста: частично проэкспонированный первый слой фоторезиста и неэкспонированный второй слой фоторезиста перемешиваются между собой, образуя промежуточный слой фоторезиста, в котором концентрация засвеченного резиста и, как следствие, - чувствительность к проявителю растет при движении к подложке. Разная скорость проявления слоев позволяет формировать фоторезистивную маску большой толщины с оптимальными параметрами отрицательного угла наклона стенок профиля.

Уменьшением образования дефектов в виде пузырьков азота и оптимальные параметры края отрицательного профиля обеспечивают более качественное проведение обратной фотолитографии и увеличивают процент выхода годных структур после фотолитографии.

В частном случае выполнения изобретения толщина первого слоя фоторезиста составляет от 4 мкм до 5 мкм.

В частном случае выполнения изобретения толщина второго слоя фоторезиста составляет от 3 мкм до 10 мкм.

В частном случае выполнения изобретения время экспонирования первого слоя фоторезиста составляет от 30 до 50 секунд.

В частном случае выполнения изобретения время экспонирования второго слоя фоторезиста составляет от 150 до 190 секунд.

В частном случае выполнения изобретения перед нанесением первого слоя фоторезиста проводят термическую дегидратацию и обработку подложки в парах гексаметилдисилазана.

В частном случае выполнения изобретения время экспозиции первого слоя составляет 0,1-0,4 времени экспозиции второго слоя.

В частном случае выполнения изобретения время термообработки при температуре 120-150°С составляет 250-350 секунд.

Изобретение поясняется фотографией профиля фоторезистивной структуры, полученной заявленным способом (оптический микроскоп INM 200 UV, увеличение 1000х).

Способ фотолитографии осуществляют следующим образом. Перед нанесением первого слоя фоторезиста для увеличения адгезии проводят термическую дегидратацию и обработку подложки в парах гексаметилдисилазана. Формируют первый слой позитивного фоторезиста толщиной 4-5 мкм путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя фоторезиста с последующей его сушкой, экспонируют первый слой без шаблона (сплошное экспонирование) в течение 30-50 секунд. Затем формируют второй слой позитивного фоторезиста толщиной 3-10 мкм путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя фоторезиста с последующей его сушкой, далее проводят термообработку при температуре 120-150°С в течение 250-350 секунд в среде инертного газа, например азота. Потом проводят экспонирование через шаблон в течение 150-190 секунд и проявление рисунка.

Пример

Формирование первого слоя позитивного фоторезиста. Использована установка SussMicrotec GAMMA4M. Предварительно кремниевая подложка обработана в парах гексаметилдисилазана в течение 10 сек при температуре нагрева верхней печки 120°С и температуре нагрева нижней печки 120°С. Затем подложку охлаждали в течение 10 сек до 20°С. На подложку наносили позитивный фоторезист Shipley 1813 sp15 (допускается использование фоторезистов, аналогичных данному) в количестве 2,5 мл методом центрифугирования: 1-я скорость - 600 об/мин, 2-я скорость - 2500 об/мин. Проведение сушки фоторезиста в течение 120 сек при температуре 95°С. Охлаждение пластины в течение 10 сек до 20°С. Проведение следующего цикла формирования первого слоя фоторезиста. Нанесение фоторезиста Shipley 1813 sp15 в количестве 2,5 мл методом центрифугирования: 1-я скорость - 600 об/мин, 2-я скорость - 2500 об/мин. Проведение сушки фоторезиста в течение 120 сек при температуре 95°С. Охлаждение пластины в течение 10 сек до 20°С.

Экспонирование всей поверхности пластины проводили на установке SussMicrotec MA-150 (ртутная лампа, i-line, мощность 350 Ватт) через стекло в течение 40 сек.

Формирование второго слоя фоторезиста на установке SussMicrotec GAMMA4M аналогично формированию первого слоя. На подложку наносили позитивный фоторезист Shipley 1813 sp15 в количестве 2,5 мл методом центрифугирования: 1-я скорость - 600 об/мин, 2-я скорость - 2500 об/мин. Проведение сушки фоторезиста в течение 120 сек при температуре 95°С. Охлаждение пластины в течение 10 сек до 20°С. Проведение следующего цикла формирования второго слоя фоторезиста. Нанесение фоторезиста Shipley 1813 sp15 в количестве 2,5 мл методом центрифугирования: 1-я скорость - 600 об/мин, 2-я скорость - 2500 об/мин. Проведение сушки фоторезиста в течение 120 сек при температуре 95°С. Охлаждение пластины в течение 10 сек до 20°С.

Затем проводили термообработку при температуре 125°С в течение 300 сек. Охлаждение пластины в течение 60 сек до 20°С.

Экспонирование поверхности через фотошаблон пластины проводили на установке SussMicrotec MA-150 (ртутная лампа, i-line, мощность 350 Ватт) в течение 170 сек. Проявление изображения проводили на установке ЛАДА-125 в растворе 0,6% KOH в течение 99 секунд (в качестве проявителя можно использовать любой жидкостный проявитель на базе растворов KOH, NaOH или ТМАН).

Полученная структура с отрицательным профилем представлена на фотографии.

1. Способ фотолитографии, включающий формирование первого слоя позитивного фоторезиста путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя фоторезиста с последующей его сушкой, экспонирование первого слоя без шаблона, формирование второго слоя позитивного фоторезиста путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя фоторезиста с последующей его сушкой, термообработку при температуре 120-150°C, экспонирование через шаблон и проявление рисунка, причем время экспозиции первого слоя меньше времени экспозиции второго слоя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина первого слоя фоторезиста составляет от 4 мкм до 5 мкм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина второго слоя фоторезиста составляет от 3 мкм до 10 мкм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время экспонирования первого слоя фоторезиста составляет от 30 до 50 секунд.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время экспонирования второго слоя фоторезиста составляет от 150 до 190 секунд.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед нанесением первого слоя фоторезиста проводят термическую дегидратацию и обработку подложки в парах гексаметилдисилазана.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время экспозиции первого слоя составляет 0,1-0,4 времени экспозиции второго слоя.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время термообработки при температуре 120-150°C составляет 250-350 секунд.

Изобретение предназначено для использования в производстве полупроводниковых приборов, в частности для экспонирования рисунков на полупроводниковые пластины и иные мишени.

Способ получения направленного экстремального ультрафиолетового (эуф) излучения для проекционной литографии высокого разрешения и источник направленного эуф излучения для его реализации // 2523445

Изобретение относится к источникам получения направленного (сформированного) мягкого рентгеновского излучения, или, что то же самое, экстремального ультрафиолетового излучения (ЭУФ) с длиной волны 13,5 нм или 6,7 нм, применяемым в настоящее время или в ближайшей перспективе в проекционной литографии высокого разрешения.

Способ изготовления резистивных масок для нанолитографии // 2510632

Изобретение относится к области фотолитографии, а именно к способу изготовления резистивных масок для нанолитографии. Способ включает восстановление серебра с образованием наночастиц серебра и последующую стимуляцию процесса термической полимеризации капролактама на поверхности полученных наночастиц с помощью лазерного возбуждения в них плазмонных колебаний.

Способ и устройство нанесения нанорисунка на большие площади // 2488188

Изобретение относится к способу и устройству, полезным при нанесении нанорисунка на подложки большой площади. .

Способ создания маски на поверхности подложки // 2471263

Изобретение относится к литографии, точнее к способам создания резистивной маски на поверхности полупроводниковой подложки. .

Способ создания маски на поверхности подложки // 2450384

Изобретение относится к способам создания резистивной маски на поверхности подложки. .

Способ формирования топологического изображения в пленке хрома // 2442239

Изобретение относится к фотолитографии и может быть использовано в микроэлектронике. .

Микропрофиль структуры вакуумной интегральной свч-схемы и способ его изготовления // 2404481

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве электровакуумных приборов, вакуумных интегральных СВЧ-схем и других микросхем.

Стеклянная подложка большого размера для фотошаблона и способ изготовления, считываемая компьютером среда записи и способ экспонирования материнского стекла // 2340037

Изобретение относится к стеклянным подложкам большого диаметра, пригодным для формирования подложек фотошаблонов стороны матрицы и стороны цветного фильтра в жидкокристаллических панелях на тонкопленочных транзисторах.

Способ получения регулярных систем наноразмерных нитевидных кристаллов кремния // 2336224

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых наноматериалов и предназначено для управляемого выращивания наноразмерных нитевидных кристаллов кремния.

Способ формирования изображения, способ изготовления электронного устройства и электронное устройство // 2609105

Изобретение относится к области литографии и касается способа формирования изображения. Способ включает в себя нанесение растворителя на подложку, нанесение чувствительной к излучению полимерной композиции на подложку таким образом, чтобы в результате сформировалась чувствительная к излучению пленка, облучение чувствительной к излучению пленки светом, проявление облученной пленки проявителем, содержащим органический растворитель для формирования негативного изображения. Полимерную композицию наносят на подложку в то время, пока растворитель остается на подложке. Растворитель выбирают таким образом, чтобы давление пара растворителя составляло от 0,2 кПа до 0,7 кПа при 20°С. Технический результат заключается в улучшении однородности ширины получаемых линий и сокращении образования непроявленного остатка фоторезиста. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 табл.

Способ изготовления резистной маски с расширенным диапазоном разрешения изображения // 2610782

Изобретение относится к технологии изготовления резистных масок в производстве микросхем, в частности изготовления резистных масок с расширенным диапазоном разрешения изображений. Технический результат изобретения - разработка способа изготовления резистной маски позитивного типа с расширенным диапазоном разрешения изображения. Для достижения указанного технического результата в способе изготовления резистной маски с расширенным диапазоном разрешения изображения, включающем на первом этапе формирование в нанесенном позитивном фоторезисте участков резистной маски с низким разрешением изображения методом фотолитографии и на втором этапе получение на сохраненных от облучения светом при осуществлении фотолитографии участках указанного фоторезиста элементов резистной маски с высоким разрешением изображения методом избирательного механического удаления слоя фоторезиста посредством зонда атомно-силового микроскопа, на втором этапе на участках позитивного фоторезиста, предназначенных для получения элементов резистной маски с высоким разрешением изображения, в местах расположения пробельных фрагментов указанных элементов формируют с помощью зонда атомно-силового микроскопа узкие выемки с высоким разрешением под указанные фрагменты, после чего для увеличения размеров этих выемок до требуемых размеров указанных пробельных фрагментов проводят экспонирование светом всей поверхности резистной маски с дозой облучения, приводящей к увеличению растворимости позитивного фоторезиста без превышения ее нижней пороговой величины в интервале растворимостей, задаваемом технологическим процессом на первом этапе, и последующее проявление элементов резистной маски с высоким разрешением изображения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ взрывной фотолитографии // 2610843

Изобретение относится к взрывной фотолитографической технологии и может быть использовано, когда получение рабочего рисунка из активного материала (металла или полупроводника) методами избирательного химического или плазмохимического травления через фоторезистную маску затруднено или нецелесообразно в связи с повышенной химической стойкостью к травлению активного материала. Предложен способ взрывной литографии, включающий нанесение на подложку слоя полимерного фоторезиста и его сушку, избирательное облучение слоя фоторезиста, получение путем проявления и сушки резистной маски с изображением, обратным по отношению к рабочему рисунку, нанесение в высокотемпературных условиях на всю поверхность подложки и сформированной на ней резистной маски слоя активного материала с последующим удалением резистной маски с нанесенным на нее слоем активного материала, путем растворения полимерного фоторезиста, расположенного под слоем активного материала, причем растворение полимерного фоторезиста сопровождается его набуханием и образованием рабочего рисунка из оставшегося нанесенного на поверхность подложки слоя активного материала. Для обеспечения высокотемпературной формостойкости и термостойкости резистной маски в исходный полимерный фоторезист, изготовленный из фенолформальдегидной смолы и производного ортонафтохинондиазида, вводят добавку полигидроксилсодержащего соединения, выбранного из глицерина и полиэтиленгликоля с молекулярной массой от 380 до 650 единиц, в количестве 1-11% от массы производного ортонафтохинондиазида. Технический результат - повышение эффективности взрывной фотолитографии за счет повышения ее технологичности. 2 з.п. ф-лы, 10 табл., 2 пр.

Контейнер для органического обрабатывающего раствора для формирования структуры резистной пленки химического усиления, и способ формирования структуры, способ производства электронного устройства // 2615158

Изобретение относится к контейнеру, содержащему блок корпуса, который включает органический обрабатывающий раствор для формирования структуры резистной пленки химического усиления, представляющий собой органический проявитель. При этом органический обрабатывающий раствор содержит 1 ч./млн. или менее алкилолефина, имеющего количество атомов углерода, составляющее 22 или менее, и 5 ч./млн. или менее концентрации металлического элемента для каждого из Na, K, Са, Fe, Cu, Mg, Mn, Li, Al, Cr, Ni и Zn. Блок корпуса имеет внутреннюю стенку, приходящую в соприкосновение с органическим обрабатывающим раствором, при этом внутренняя стенка сделана из перфторсмолы. Органический проявитель содержит по меньшей мере один проявитель, выбираемый из группы, состоящей из основанного на кетоне растворителя, основанного на сложном эфире растворителя, основанного на спирту растворителя, основанного на амиде растворителя и основанного на эфире растворителя. Также предложен вариант контейнера, способ формирования структуры резистной пленки химического усиления и способ производства электронного устройства. Изобретение позволяет снизить встречаемость частиц, которые представляют проблемы в тонкой структуре. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 табл., 16 пр.